中北学院铁道供电毕业论文

铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源很多,耗资也很大。随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡,84人重伤,直接经济损失约2亿马克。与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。1铁路钢轨的磨耗据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30%的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨损带来的损失很大。1.1钢轨损伤的形态铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见图1)。1.2钢轨的年消耗量据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~80万t/年。据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤量的80%以上,即40亿元左右。2机车车辆车轮的磨损车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。2.1车轮损伤的形态据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、内部缺陷应力集中等。2.2车轮的消耗目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指磨损后车轮的维修和更换以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费用约为31·55亿元。在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换,该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近5·8亿元。2.3制动闸瓦的消耗在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次,DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万3降低轮轨磨耗的技术措施我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或间接地节约能源。”针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降低消耗,取得显著的经济效益。3.1采用淬火钢轨与维护钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很大的。3.2采用磨耗型车轮踏面车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过这些标准,就会危及行车安全。早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车轮相比,轮缘减磨可达30%~70%.一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效果(参见表5)。表5上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。3.3采用径向转向架传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲线时的运行示意图见图3。再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘的磨耗情况。戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮缘磨耗仅为16%。【下转第8页】【上接第4页】资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而言,轮缘磨耗至少降低了45%。大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨耗下降了74%。据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每台机车每年可节约费用5·8万元。3.4安装轮轨润滑装置润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和阻力,降低机车能耗。”以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万km,车轮寿命由30万km延长至80万km。除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮)费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分可观。4结语综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此提出以下建议。(1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当高度重视,并采取相应的对策。(2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应用等。(3)在今后的技术引进或产品自主创新的研发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。

铁路电力工程施工问题分析论文

摘要： 电力电缆是铁路电力工程建设过程的重要部分，为了达到设计建设标准，就应该将铁路电力工程建设中的各个环节做好，保证铁路电力工程施工的质量。文章对高速铁路的电力系统的供电线路以及施工进行了介绍，对铁路电力工程施工中存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决办法，希望能对铁路电力工程施工起到一定的指导作用。

关键词： 铁路电力工程；电力电缆；工程施工；施工质量；铁路建设

近年来，我国在铁路建设方面的投入急速增加，这在很大程度上推动了铁路电力工程施工技术的发展和工程质量的提高。然而在实际的铁路电力工程的施工过程中却有些不尽如人意的地方，尤其是一些比较突出的技术问题和管理问题，这对铁路电力工程的施工质量和供电系统的安全供电造成了十分不利的影响。在这种情况下，就需要详细地了解铁路电力系统的供电原理和铁路电力工程的施工情况，找出其中的根本性问题，提出合理的解决办法，彻底解决在铁路电力工程施工中存在的问题，进而提高铁路电力工程的施工质量，保证供电系统的安全、正常供电。由于当前电缆线路的使用所占比重正逐渐增加，下文将着重介绍电力电缆的施工情况及相关问题。

1铁路供电线路系统简介

铁路系统获取的电能是从发电厂通过升压将电力传输到铁道供电系统的变电所，变电所将电压或者电流降低至适合于铁道列车使用的范围，然后再由架空线或者电力电缆输送到列车。所以说架空线路和电缆线路是铁路供电线路系统中最为核心的部分，下面对这两种供电线路的特点进行简单介绍：

1.1架空线路

架空线路是利用绝缘子将导线固定于直立的电杆上以传送电力的输电线路，架空线路主要由输电导线、绝缘子、电杆以及接地装置等组成。同电缆线路相比较，其优点在于架空线路的成本低，架设的时间短，并且便于维护和检修；然而架空线路也有着明显的缺点，由于其暴露在外界环境中，会受到各种气象条件的影响，例如气温变化、暴雨袭击、冰雹、闪电等这都会对架空线路的保护层造成严重损伤，严重时还会出现停电事故。

1.2电缆线路

电缆线路通常由导线、绝缘层以及保护层构成。电缆线路一般用于架空线路难以架设的地区，例如城市、隧道等特殊地段。同架空线路相比较，电缆线路的优点在于其供电可靠性高，不用占用地面上的空间，不需要架设电杆，节约了木材、水泥等，此外，由于电缆线路的可靠性很高，所以其运行维护以及检修非常简单。不过电缆线路也有着比较明显的缺点，首先电缆价格昂贵，另外电缆接头的施工工艺较为复杂，容易出现故障，并且在敷设完成后，对电缆进行检修非常困难。

2铁路电力工程施工技术简介

在电力传输中，电力电缆的使用的比重逐渐增加，并且随着国内经济持续快速的发展，电力电缆行业得到迅速发展，尤其是铁路供电系统。因此在铁路电力工程施工中，电力电缆的使用率逐年增加，故下文主要介绍铁路电力工程施工中电力电缆的施工技术。

2.1铁路电力电缆的施工敷设方式

2.1.1路基区段。在普通的路基区段，电力电缆应该沿着轨道两侧预留的槽进行敷设，在穿过轨道时，电缆外应套上钢管进行保护。此外在路基段与桥梁段、隧道段的过渡区应该设置过渡段，并且还需要满足电缆弯曲半径的要求。

2.1.2桥梁区段。在桥梁区段，电力电缆应该沿着桥梁轨道两侧预留的槽进行敷设，并且在桥梁上还需要考虑预留电力电缆用于引上或者引下的锯齿形槽口；在将电缆线引出电缆槽或引下桥梁时，应将引出的电缆敷设在桥墩上的电缆桥架上。

2.1.3隧道区段。在隧道区段，电力电缆需要敷设在沿着隧道轨道两侧预留的槽中，并且在隧道的照明洞室内应当设置满足电缆完全半径要求的余长腔，此外在隧道的进出口以及隧道内各腔室的附近应该设置一组过轨钢管，以保证电缆不受损坏。

2.1.4站场区段。在站场区段，高压低压的线路全部采用电力电缆，通常应该敷设在沿途的沟槽中，部分地段可以采用加钢管保护的直埋敷设。

2.2铁路电力电缆敷设施工工艺

2.2.1直埋敷设施工工艺。直埋敷设施工可分为三部分，分别是开挖沟槽、直埋电缆敷设以及填回土。开挖沟槽。主要有以下要求：第一，沟槽距离地面的深度至少为0.7m，在沟槽穿越道路时，应该加深至1m，穿越农地时深度至少为1.2m，在电缆供电电压超过35kV时，深度至少为1m；第二，穿越城市轨道交通时，电缆应安装规范采取相应的保护措施；第三，沟槽的转弯半径应该满足电缆敷设的弯曲半径要求；第四，在山坡地段挖槽时，应挖成摆线形式的曲线，以便于电缆的敷设，且能减小电缆被洪水冲断的可能性。直埋电缆敷设。在直埋电缆敷设前，应该对施工现场，电缆线等进行检查，避免出现电缆损坏。敷设时，电缆应该摆放整齐，不出现交叉，并在电缆外加盖电缆保护板，在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，在电缆的接头处注上标记等。在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。填回土。用于回填的'土质应对电缆外层无腐蚀且土质中不能含有小石子等硬质杂物；填完土之后，应该进行夯实，并且在直埋电缆的土层上方设置相应的提醒标识牌。

2.2.2电缆管道敷设施工工艺。电缆敷设前，应检查电缆的线芯应该满足非磁性材料的要求，用于敷设的管道内部必须无杂物，电缆穿过管道时，不能造成电缆损伤。敷设电缆时，电缆所受的牵引力、侧压力应该满足不同电缆质量要求，敷设弯曲半径满足电缆弯曲半径的要求，并在电缆的接头处、拐弯处等易造成电缆损伤的地方采取相应的保护措施，且电缆电压超过110kV时，拐弯处的侧压力不能超过3kN/m（电缆制造厂有特殊规定除外）。在电缆敷设后，应该按照规定将电缆固定于电缆支架上，并做好管道中电缆的密封，在电缆接头处注上标记。

3铁路电力工程施工中存在的问题

3.1管路电缆敷设问题

管路电缆敷设主要包括配管原材料选择不合格、管路保护层不合格、电缆弯折以及线路布置等问题。其中配管原材料选择不合格的问题是在需要镀锌的地方未镀锌，在选用金属管的地方却没有选择金属管；管理保护层不合格的问题是在掩埋的过程中由于监督不到位，会导致保护层不足而引起管路裂缝，严重时甚至会堵塞管路；电缆弯折的问题是在设计沟槽的时候没有考虑电缆的最小弯曲半径，进而致使电缆由于通过电流大进而诱发电感现象，可能损坏电路系统。线路布置问题是在掩埋的过程中对落入管道内的杂物没能清除，这样可能导致在电缆通入管道时造成堵塞或者划坏电缆外层。

3.2铁路电缆架设问题

铁路电缆的架设问题主要是部分施工单位为了牟取私利，在架设电缆时采用劣质产品，并且相关电缆未能进行系统的划分而随意使用，此外在进行电缆连接时相应电缆未能注上标识，而随意将两端电缆进行连接，这样就会使电缆难以满足使用的需要以及造成电力系统的混乱，甚至会由于电缆的质量问题最终导致整个电力系统的瘫痪，造成严重的后果。3.3其他方面的问题在铁路电力工程施工中，由于部分施工人员的专业素质不强，安全意识薄弱，在进行铁路电力工程施工的过程中，就容易出现一些施工问题，例如：施工人员没有按照图纸正确的坐标设置配电箱体以及接线盒；灯位和吊扇钩盒的放置出现较大的偏差；柱子内部的箱盒未能安放整齐，箱盒没有牢固地安放好，出现震动时，其位置就容易发生偏移。

4铁路电力工程施工中问题的建议

4.1管路电缆敷设施工方面的建议

在进行施工之前一定要严格地审核施工图纸，仔细检查其中可能存在的错误和纰漏，对于不合理的地方要进行及时的修正，尤其是电缆的弯曲半径问题，要格外重视。此外在设计理念上要充分结合相关学科，对于因专业问题而造成的施工困难应该及时向有关部门汇报。在施工的过程中要对重点的施工环节进行监督指导，防止施工人员偷工减料，另外要重视管路以及电缆的选择，确保所选用的材料能够满足整个施工的要求，对于购买的材料要详细的清点，防止劣质材料进入施工现场。

4.2铁路电缆架设施工方面的建议

在敷设电缆时，应该做到电缆摆放整齐，不出现交叉，另外在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，并在电缆的接头处注上标记等。最后在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。在阶段性的施工完成后要安排专门的质量检测小组对施工质量进行检测评估，对电缆线的接通与否进行检测，防止施工过程中出现差错，尤其是电缆接头接错以及电缆断路。4.3其他施工方面的建议为了避免出现由于施工人员专业技能不强而引起的问题，企业应该重视对施工的管理工作，施工企业要对施工人员进行系统培训，提高现场施工人员的素质，要求施工人员按照相关规则制度进行施工作业，建立由老员工带领新员工进行施工作业的合理制度，理论联系实际，让所有施工人员养成良好的施工习惯。此外还要制定相应的惩罚制度，对于违反施工规范的员工进行相应的惩罚，对于技术管理人员的任命一定要严格谨慎，技术管理人员必须要有足够的施工管理经验。最后在工程交付时，一定要做好质量安全检查，以确保施工中的监测以及工程完成后的把关。

5结语

总而言之，铁路电力工程的建设是整个铁路建设的重要组成部分，对于施工工程中可能存在的问题一定要引起高度重视，预防和解决这些问题对于整个铁路电力工程的建设具有非常重要的现实意义。

参考文献：

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